Remake ikonického snímku: První černá díra M87* zachycená na snímku vypadá trochu jinak, než byla původně zobrazena: centrální stín je o něco větší, zatímco zářící prstenec zářícího plynu je užší. Toto je výsledek nové analýzy nezpracovaných dat za pomoci umělé inteligence z dalekohledu Event Horizon Telescope (EHT). Nový analytický model umožňuje vyplnit mezery v těchto datech na základě fyzikálních zákonů. Fotografie černé díry v naší Mléčné dráze by nyní mohla být také zaostřena.

V roce 2019 způsobila první fotografie černé díry rozruch po celém světě

V dubnu 2019 první fotka černá díra způsobila rozruch po celém světě. Snímek pořízený dalekohledem Event Horizon Telescope (EHT) ukazuje tmavý stín supermasivní černé díry M87* obklopený jasným prstencem horkých, zářících plynů, které se řítí kolem horizontu událostí. Další analýza dat také odhalila mírné Míchat horizontu událostí a mohl dokonce provést ten, který předpověděl Albert Einstein fotonový prstenec identifikovat.

„Dosáhl nového milníku“

Nyní je tu další průlom: „Asi čtyři roky poté, co EHT představila první fotografii černé díry, jsme dosáhli dalšího milníku,“ říká spoluautor Dimitrios Psaltis z Georgia Institute of Technology. „Poprvé jsme vytvořili snímek, který využívá plné rozlišení pole dalekohledu.“ Teoreticky se rozlišení interferometricky připojených radioteleskopů shoduje s rozlišením antény velikosti Země – v praxi však existují mezery v datech.

K vyřešení těchto nedostatků vyvinula hlavní autorka Lia Medeiros z Institutu pro pokročilé studium v ​​Princetonu a její tým nový model analýzy založený na strojovém učení. To kompenzuje mezery a nepřesnosti v nezpracovaných datech z pole dalekohledů EHT, aniž by se staly fyzicky nepřesnými.

Analýza za pomoci AI zpřesňuje první fotografii černé díry

„Díky strojovému učení můžeme fyziku využít novými způsoby k doplnění oblastí chybějících dat,“ říká Medeiros. „S PRIMO (Principal-Component Interferometric Modeling) jsme byli schopni dosáhnout maximálního rozlišení současného pole dalekohledů.“ Za tímto účelem byl systém AI trénován s více než 30 000 simulovanými snímky aktivních černých děr. Tyto snímky byly získány na základě různých modelů chování plynů v akrečních discích černých děr.

Systém AI hledal v těchto tréninkových datech odpovídající vzorce a zákony, a tak se naučil fyzikální základy. Pro nový snímek černé díry M87* tým poté naplnil tento astrofyzikou vyškolený analytický model nezpracovanými daty ze snímků EHT. PRIMO pak dodalo ostřejší obraz bez rušivého světla.

Větší stínidlo, užší prsten

Výsledkem je nová verze ikonického prvního snímku M87*: Na novém snímku je centrální „stín“ supermasivní černé díry pohlcující světlo větší a tmavší, než bylo původně zobrazeno. Žhnoucí prstenec žhavého plynu je naproti tomu užší a méně zubatý. „Světelný prstenec je jen asi poloviční své šířky, což nám poskytuje důležitá omezení pro naše teoretické modely a pro testování teorie gravitace,“ říká Medeiros.

Nově vykreslený obrázek stále odpovídá nezpracovaným datům a prvnímu obrázku, ale jasněji ukazuje strukturu supermasivní černé díry. To umožňuje mimo jiné přesněji určit hmotnost M87*, ale také fyzikální parametry, které utvářejí jeho vzhled, jak vědci vysvětlují. Hlubší stín ve středu a užší prstenec by mohly pomoci otestovat teorie o povaze horizontu událostí.

„Vylepšený rekord v roce 2019 byl jen začátek“

„Vylepšený rekord roku 2019 byl jen začátek,“ říká Medeiros. „Data za tímto obrázkem mohou vyprávět mnohem více příběhů.“ Vzhledem k tomu, že nemůžeme studovat černé díry zblízka, detaily na našich snímcích jsou zásadní pro pochopení jejich chování. Nové metody analýzy dat a strojového učení mají cenu zlata, zejména pro studium černých děr.

V budoucnu bude nový analytický model použit také pro další soubory dat v síti dalekohledů. „PRIMO je nový přístup ke zvládnutí obtížného úkolu konstrukce snímků z pozorování EHT,“ říká spoluautor Tod Lauer z NOIRLab. To zahrnuje údaje o centrální černé díře naší vlastní galaxie. THE první fotka Sagittarius A* v centru Mléčné dráhy, spolupráce EHT vydaná v roce 2022. Nyní se tento obrázek může brzy stát ještě ostřejší. (The Astrophysical Journal Letters, 2023; doi: 10.3847/2041-8213/acc32d)

Jak vyfotit černou díru?

Zdroj: Institute for Advanced Studies, NOIRLab

Tento článek napsala Nadja Podbregar